城市道路工程检测中探地雷达的应用与实践

城市道路工程检测中探地雷达的应用与实践

王遥

身份证号码：652201198411101612

摘要：近年来，在我国城市快速扩张的背景下，城市道路塌陷事故呈多发、频发态势。据不完全统计，每年发生近千次城市道路塌陷事故，且逐年增加，地面坍塌防治工作具有长期性、周期性、复杂性和艰巨性，城市道路的问题较为突出，城市道路工程的质量已越来越受到城市管理者和建设者的重视，相应的检测任务相当繁重。从20世纪90年代初开始，探地雷达技术逐渐进入我国的道路检测行业。经过三十余年的发展，雷达技术已经成为道路工程质量检测行业的一门重要技术，越来越普及，也越来越广泛。

关键词：探地雷达；城市道路；无损检测

引言

道路路基工程的质量检测是道路工程最关键的环节之一，由于路基病害隐藏在路面结构以下，传统的检测技术需要钻芯取样，会对原有路基路面结构的整体性产生一定破坏。基于此，有必要采用无损检测技术（即探地雷达）来判断路基内部所出现的各种病害，预先采取路基加固措施，以此增强路基结构的承载力和稳定性，保证道路始终处于良好的路用性能状态。探地雷达，因其具有高精度、无损、高效、操作简便以及检测内容丰富等诸多特点，在道路质检工作中得到广泛应用。

1探地雷达工作原理

探地雷达依靠高压电路、雪崩管等器件激发短脉冲，在介质中以电磁波形式传播，遵循麦克斯韦方程，具有波动性，电场和磁场相互激励，脱离发射源以横波形式向前传播。这其中,介质特性参数介电常数、电导率、磁导率决定了电磁波在地下土壤中传播的速度、幅度和深度。探地雷达探测理论基础：①电磁波在同种介质中传播时方向不变；②不同种物质往往电性参数存在差异；③电磁波在传播介质电性参数发生改变时发生能量反射。

2城市道路工程检测中探地雷达的应用与实践

2.1数据处理

（1）在处理各项原始数据之前，要先检查数据是否完整和清晰，以及里程记录结果是否准确，检查结果不满足要求的数据不能处理或解释。（2）如果外业原始记录存在测点、测线或里程桩号不清晰，干扰背景过于强烈，无法识别有效波，无法对有效波进行可靠采集等情况，则需要将资料作废，并重新进行采集。（3）数据处理和解释软件都必须是经过认证许可的软件，此外，在软件正式使用前还要进行鉴定，经鉴定确认合格后才能使用。（4）选择适宜的处理参数。确定的各项参数应能从根本上抑制干扰信号，保证信噪比，并准确反映各类地下介质的实际情况，确保能够得到清晰准确的处理剖面。（5）完成数据处理后形成的资料应保证里程桩号及位置等标记都准确无误。

2.2路基病害判别

探地雷达检测主要包括三项作业，分别为现场采集作业、雷达图数据判读和检测报告编写，各项作业用时分别占探地雷达检测作业总用时的20%、60%、20%。现场采集要结合路基现场的实际情况来确定测量方法，确保检测数据信息的质量。雷达图数据判读在室内完成，检测人员分析处理数据，根据图形来判别病害，可识别的病害类型包括集料疏松、裂缝、不密实、脱空、含水、层间缝隙等。本次检测采集的数据信息利用3D软件进行处理，生成三维显示图，直接显示出某一测线的三维效果图，利用不同的颜色来显示病害的所在区域[4]。（1）疏松。疏松是指在路基内存在一些空隙，内部充满了空气，空气介电常数低于土颗粒介电常数，使得疏松土体的平均介电低于正常的土体。探地雷达根据疏松土体的这一特性进行路基病害类型的判别，判别依据主要为雷达波形图上所显示的同相轴、波形、振幅、频率等特征值。在雷达测线剖面图中，横轴表示的是沿测线方向，竖轴表示的是地下深度，当雷达图像显示出反射波形杂乱现象，且同相轴不连续、明显错位发生畸变之时，则即可判别为此探测部位已经发生了疏松病害。基于雷达波形图判别路基土体疏松的依据包括：疏松土体的波形振幅小于正常土体波形的振幅，且振幅变化幅度较大，出现多次反射界面，表明了探测部位的土体呈现出不同程度的疏松状态；根据波形变化幅度可以判别土体疏松的程度，波形峰值处是土体疏松最为严重的部位。（2）脱空。在脱空病害的判别中，当电磁波遇到路基下方的脱空区之时，会产生强烈的反射波，雷达波形图会显示出图像多次反射波现象，相邻道的相轴比出现错位，同相轴形态为弧形。与周围正常土体的雷达图像相对比，发生土体脱空病害的雷达图像会在顶端出现异常的反射弧，此反射弧是正常土体与脱空土体的接触面，且脱空土体的雷达图像因受填充物质较为复杂的影响下，则会出现杂乱无章的波形以及不连续的同相轴。基于雷达波形图判别路基土体脱空的依据包括：脱空区域土体的反射波形振幅接近0，这是因为脱空区内的空气介电常数小，反射波能量亦随之减小；在波形图的低振幅两端出现高振幅波峰，前端波峰与后端波峰分别表示脱空区上表面、下表面。（3）不密实。在路基施工中，路基填料压实度不足是导致不密实病害的重要原因，存在不密实病害的测区其含水率、孔隙率的指标相对较高。从探地雷达波形图上进行判别，如果波形图中出现了波形紊乱，且同相轴连续具备斜向波纹特征之时，则可判别为不密实病害。根据土体不密实区域的单道波形图显示，发生不密实区域的反射波能量小，在单导波形图上无法明显识别出波形特征，所以不密实病害的判别很难根据单道波形图做出准确判别。

2.3现场检测要求

在现场检测过程中应注意满足以下几个方面的要求：（1）检测过程中确保天线匀速和稳定地沿直线行进，尽可能减少或防止天线发生晃动，并避免非必要绕行。（2）检测的移动速度需要以防止采集数据丢失为目标来确定，不可过快。（3）密切关注雷达图像发生的变化，记录好所有异常段，并在必要时做好复检或加密检测。（4）随时记录可能影响到测量结果的障碍物的具体位置与形态。（5）检测记录内容应包含以下几点：①测线的具体位置；②测线编号；③天线行进方向；④标记之间的距离；⑤天线类型；⑥异常情况描述。

3探地雷达使用注意事项

在使用探地雷达检测路基质量时，要减少各种干扰信号，保证检测结果的准确性。干扰信号主要包括地上建筑物、地下构造物、环境电磁干扰等。因此，在检测人员采集雷达图像数据之前，需清除测线区域上的杂物，保证路面平整性，保证天线前进不受障碍物的影响；在采集数据过程中，记录下周边坑内会对雷达波形图产生影响的干扰源；在数据处理阶段中，技术人员要先掌握测线周围的干扰源情况，分析干扰源对雷达波形图的影响，削弱干扰图像特征，最大限度避免生路基病害检测误判问题的发生。

结语

鉴于城市道路病害越发常见，特提出如下建议：①国家或行业层面应尽快编制城市道路浅部病害的勘测规范，指导勘探工作，让道路病害的探查有规可依；②雷达属于无损检测技术，对于城市道路，特别是重要道路段，应不定期地开展雷达扫描工作，防患于未然。

参考文献

[1]葛如冰，林维芳，孟凡强，林育军.地质雷达在道路工程建设中的应用[J].地质与勘探（期刊文章），2004年增刊：149-151.

[2]杨卓，张霞.地质雷达在铁路隧道混凝土衬砌质量检测中几个问题的探讨[J].隧道建设，2015（12）：8-12.

[3]胡艳杰，余湘娟，高磊，韩学武，邢欢欢.探地雷达在道路结构层厚度检测中的应用[J].河北工程大学学报（自然科学版），2017（12）：37-41+56.

[4]葛如冰，孟凡强.探地雷达检测路面脱空大小的模型试验[J].物探与化探，2009（5）：599-602.